Lignin har fått ett ökande intresse som ett hållbart elektroaktivt material för vattenbaserade redoxflödesbatterier (RFB) tack vare sitt förnybara ursprung, sin stora tillgänglighet och låga kostnad. Dess elektrokemiska beteende är dock svårt att tolka på grund av dess strukturella heterogenitet och starka beroende av elektrolytmiljön. Dessutom arbetar de flesta vattenbaserade organiska RFB-system under starkt sura eller alkaliska förhållanden, medan användningen av ligninbaserade elektrolyter under mildare betingelser fortfarande är otillräckligt utforskad.

I denna studie undersöktes vattenlöslighet, elektrokemiskt beteende och batteritillämpning för två lignosulfonatprover från Borregaard respektive Domsjö Fabriker genom cyklisk voltammetri (CV), roterande skivelektrodanalys (RDE), elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) samt galvanostatiska laddnings–urladdningstester. Särskild uppmärksamhet ägnades åt elektrolytmiljöns påverkan och drift under milt sura förhållanden.

För prov 1 gav ättiksyra (pH ≈ 3) ett stabilt och tydligt elektrokemiskt svar. Provet uppvisade kvasi-reversibelt beteende i det negativa potentialområdet och valdes därför för vidare kinetisk analys och batteritestning. RDE-analys gav en skenbar diffusionskoefficient på 2,8 × 10⁻⁵ cm² s⁻¹ och en heterogen elektronöverföringshastighetskonstant på 1,4 × 10⁻³ cm s⁻¹. Batteritester med lignosulfonat som negolyt och järnsulfat som posolyt visade stabil laddnings–urladdningsdrift under milt sura förhållanden. Membranutvärdering identifierade Nafion 117 som det mest lämpliga membranet och möjliggjorde stabil batteridrift under mer än 120 laddnings–urladdningscykler.Prov 2 användes främst för att undersöka elektrolytberoende beteende. Betydande skillnader i voltammetriskt svar observerades mellan olika stödjande elektrolyter, vilket belyser betydelsen av protonaktivitet, jonledningsförmåga och gränsytans laddningsöverföring för den elektrokemiska reversibiliteten. Till skillnad från prov 1 uppträdde den dominerande redoxaktiviteten för prov 2 vid betydligt mer positiva potentialer, vilket tyder på dess potential som en biomassa-baserad posolyt.Sammanfattningsvis visar denna studie att lignosulfonatbaserade elektrolyter kan användas i vattenbaserade redoxflödesbatterier under milt sura förhållanden. Resultaten bidrar med värdefulla insikter för utvecklingen av hållbara biomassa-baserade negolyter och posolyter för framtida energilagringssystem.

Lignin has attracted increasing interest as a sustainable electroactive material for aqueous redox flow batteries (RFBs) due to its renewable origin, abundance, and low cost. However, its electrochemical behavior remains difficult to interpret because of its structural heterogeneity and strong dependence on electrolyte environment. Furthermore, most aqueous organic RFBs operate under strongly acidic or alkaline conditions, while lignin-based electrolytes under milder conditions remain insufficiently explored.In this study, the aqueous solubility, electrochemical behavior, and flow battery applicability of two lignosulfonate samples from Borregaard and Domsjö Fabriker were systematically investigated using cyclic voltammetry (CV), rotating disk electrode (RDE) analysis, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and galvanostatic charge–discharge testing. Particular attention was given to electrolyte effects and operation under mild acidic conditions.

For Sample 1, acetic acid (pH ≈ 3) provided a stable and distinguishable electrochemical response. The sample exhibited quasi-reversible behavior in the negative potential region and was selected for detailed kinetic and battery evaluation. RDE analysis yielded an apparent diffusion coefficient of 2.8 × 10⁻⁵ cm² s⁻¹ and a heterogeneous electron-transfer rate constant of 1.4 × 10⁻³ cm s⁻¹. Flow battery tests using lignosulfonate as the negolyte and iron sulfate as the posolyte demonstrated stable charge–discharge operation under mild acidic conditions. Membrane screening identified Nafion 117 as the most suitable membrane, enabling stable battery operation for more than 120 charge–discharge cycles.

Sample 2 was primarily used to investigate electrolyte-dependent behavior. Significant differences in voltammetric response were observed among supporting electrolytes, highlighting the roles of proton activity, ionic conductivity, and interfacial charge-transfer conditions in determining electrochemical reversibility. Unlike Sample 1, the dominant redox activity of Sample 2 occurred at substantially more positive potentials, suggesting its potential application as a biomass-derived posolyte.Overall, this work demonstrates the feasibility of lignosulfonate-based electrolytes for aqueous RFBs under mild acidic conditions and provides insights into the development of sustainable biomass-derived negolytes and posolytes for future energy-storage applications.